第6章分子结构与性质ppt课件.ppt

第六章 分子的结构与性质 自然界里 通常所遇到的物质 多数不是以单原子存在 而是以原子间相互作用结合成分子或晶体的状态存在 如 O2 g 双原子分子金属铜金属晶体NaCl s 离子晶体 物质的性质不仅与原子结构有关 还与分子的结构有关 分子的结构与性质 分子结构 化学键分子的几何构型 化学键类型 电价键 离子键 共价键 原子键 金属键 6 4分子轨道理论 6 3分子的几何构型 6 2价键理论 6 1键参数 6 5分子间力和氢键 第六章分子的结构与性质 第一节键参数 6 1 1键能6 1 2键长 Lb 6 1 3键角 6 1 1键能 如 键能越大 化学键越牢固 对多原子分子 键能 逐级离解能的平均值 OH g H g O g H2O g H g OH g 键能 6 1 2键长 Lb 6 1 3键角 已知分子的键长和键角 就可确定分子的几何构型 第二节价键理论 6 2 1共价键6 2 2离子键 共价键理论 价键理论 认为成键电子只能在以化学键相连的两原子间的区域内运动 分子轨道理论 认为成键电子可以在整个分子的区域内运动 现代价键理论是建立在量子力学基础上 主要有 6 2 1共价键 实验测知 H2核间距 74pmH玻尔半径 53pm 说明H2分子的形成 成键电子的轨道发生了重叠 使核间形成了电子概率密度较大的区域 削弱了两核间的正电排斥 增强了核间电子云对核的吸引 使体系能量降低 形成共价键 共价键的形成 以H2为例 共价键 原子间由于成键电子的原子轨道重叠而形成的化学键 价键理论要点 价键理论 电子配对法 要点 共价键特征 饱和性 原子有几个未成对的价电子 一般只能和几个自旋方向相反的电子配对成键 在特定的条件下 有的成对的价电子能被拆开为单电子参与成键 对PCl5的分子成键如何解释 激发 激发后 5个单电子与5个Cl形成5个共价键 例 SF6 共价键特征 方向性 为满足最大重叠原理 成键时原子轨道只能沿着轨道伸展的方向重叠 原子轨道的重叠 只有当原子轨道对称性相同的部分重叠 原子间的概率密度才会增大 形成化学键 原子轨道重叠的对称性原则 当两原子轨道以对称性相同的部分 即 与 与 重叠 原子轨道重叠的对称性原则 共价键的类型 共价键的类型 键 键 键 将成键轨道 沿着键轴旋转任意角度 图形及符号均保持不变 对键轴 x轴 具有圆柱形对称性 对xy平面具有反对称性 即重叠部分对xy平面的上 下两侧 形状相同 符号相反 成键轨道围绕键轴旋转180 时 图形重合 但符号相反 例N2 价键结构式 N N 分子结构式 化学键示意图 电子 形成 键的电子 电子 形成 键的电子 所以在分子中 键是基础 且任何两个原子之间只能形成一个 键 一般说来 共价单键是 键 共价双键一般是 键 而共价叁键则是 2 键 共价键的类型 配位共价键 2 另一个原子价层有空轨道 电子接受体 例CO 6 2 2离子键 离子键 键型过渡 越大 键的极性越强 极性键含有少量离子键和大量共价键成分 大多数离子键只是离子键成分占优势而已 键型过渡 2 1 2 1 02 5 2 1 0 42 8 2 1 0 73 0 2 1 0 94 0 2 1 1 94 0 0 9 3 1 第三节分子的几何构型 6 3 1价键理论的局限性6 3 2价层电子对互斥理论6 3 2杂化轨道理论 6 3 1价键理论的局限性 如CH4 形成四个C H键不完全相同 与实际不符 6 3 2价层电子对互斥理论 1940年Sidgwick提出价层电子对互斥理论 用以判断分子的几何构型 HCl直线形 BCl3平面三角形 H2O角形 CH4正四面体 价层电子对互斥理论 要点 分子或离子的空间构型决定了中心原子周围的价层电子数 价层电子对尽可能彼此远离 使它们之间的斥力最小 通常采取对称结构 分子的构型总是采取电子对排斥力平衡的形式 价层电子对互斥理论 分子或离子的空间构型与中心原子的价层电子对数目有关 价层电子对尽可能远离 以使斥力最小 LP LP LP BP BP BP 排斥作用 价层电子对互斥理论 推断分子或离子的空间构型的具体步骤 用通式AXnEm表示所有只含一个中心原子的分子或离子的组成 A为中心原子 X为配位原子 n表示配位原子的个数 E表示中心原子上的孤对电子对 m是孤对电子的对数 价层电子对互斥理论 m A的族价 X的化合价 X的个数 离子电荷相应的电子数 2 注 正离子应减去电荷数 负离子应加上电荷数 例 CO2LP m 4 2 2 2 0VP n m 2 0 2 SO42 LP m 6 2 4 2 2 0VP n m 4 0 4 价层电子对互斥理论 例 SO2LP m 6 2 2 2 1VP n m 2 1 3 例 H2OLP m 6 2 1 2 2VP n m 2 2 4 价层电子对互斥理论 确定电子对的空间构型 VP 2直线形 VP 3平面三角形 VP 4正四面体 VP 5三角双锥 VP 6正八面体 确定中心原子的孤对电子对数 推断分子的空间构型 LP 0 分子的空间构型 电子对的空间构型 例如 BeH2VP 2直线形 BeF3VP 3平面三角形 CH4VP 4正四面体 PCl5VP 5三角双锥 SF6VP 6正八面体 LP 0 分子的空间构型不同于电子对的空间构型 3 4 1 1 2 SnCl2 平面三角形V形 NH3 四面体三角锥 H2O 四面体V形 三角双锥变形四方体SF4 三角双锥T形ClF3 三角双锥直线形XeF2 6 1 2 IF5 八面体四方锥 XeF4 八面体平面正方形 原子轨道为什么可以杂化 原子轨道为什么需要杂化 如何求得杂化轨道的对称轴间的夹角 6 3 2杂化轨道理论 为解决价键理论的局限性 鲍林在价键理论中引入了杂化轨道的概念 杂化轨道理论的要点 杂化类型 例BeCl2 两个sp杂化轨道 sp2杂化 个s轨道 2个p轨道 B 2s22p1 BF3的空间构型为平面三角形 sp2 sp2杂化 sp2杂化 三个sp2杂化轨道 sp2杂化 sp3杂化 sp3杂化 个s轨道 3个p轨道 CH4的空间构型为正四面体 C 2s22p2 sp3杂化 杂化类型 不等性sp3杂化 其它杂化类型 如s p d或d s p 例SF6 sp3d2杂化 正八面体 sp3d2杂化 sp3d杂化 不能解释有的分子的结构和性质 价键理论的局限性 如O2 OO 2s2s 2p2p O O O O 根据价键理论 氧分子中有一个 键和一个 键 其电子全部成对 但经磁性实验测定 氧分子有两个不成对的电子 自旋平行 表现出顺磁性 如O2 OO 2s2s 2p2p O O O O 价键理论的局限性 第六章分子结构与性质 第五节分子间力和氢键 分子间力 分子间力是决定物质的沸点 熔点 气化热 熔化热 溶解度 表面张力 粘度等性质的主要因素 气体液化成液体 液体凝固成固体 表明在物质分子间还存在着相互作用力 这种分子间力称为范德华力 6 5 1分子的极性和变形性 分子的极性 电荷中心 正电荷或负电荷的集中点 如果分子的正电荷中心和负电荷中心不重合在同一点上 那么分子就具有极性 分子的极性 两个相同原子组成的分子 正 负电荷中心重合 不具有极性 为非极性分子 例H2 不同原子组成的分子 负电荷中心比正电荷中心更偏向电负性大的原子 使正 负电荷中心不重合 为极性分子 即双原子分子分子的极性取决于键的极性有极性键的分子一定是极性分子极性分子一定含有极性键 分子的极性 多原子分子 例H2O 极性分子 CO2 非极性分子 分子的极性 键的极性取决于成键两原子共用电子对的偏离 分子的极性取决于分子中正 负电荷中心是否重合 分子类型 非极性 极性 极性 极性 极性 极性 直线 直线 V形 直线 正三角形 四面体 非极性 极性 极性 非极性 非极性 极性 分子的极性 分子中电荷中心的电荷量 q 与正 负电荷中心距离 d 的乘积 q d d 偶极长度 库 米 C m 0非极性分子 极性分子 越大 分子极性越强 分子的变形性 这一变化过程叫分子极化 分子的形状发生变化 这种性质叫分子的变形性 极性分子本身是个微电场 因而 极性分子与极性分子之间 极性分子与非极性分子之间也会发生极化作用 外因 外加电场愈强 分子变形愈厉害 内因 分子愈大 分子变形愈厉害 影响分子变形性大小的因素 分子的极化率 10 40C m V 1 结果表明 与分子量Mr有关 Mr大 电子多 电子云松弛 则极化率大 6 5 2分子间力 分子间力的种类 色散力诱导力取向力 非极性分子的瞬时偶极之间的相互作用 分子间具有吸引作用的根本原因 任何分子都有正 负电中心 任何分子都有变形的性能 由于瞬时偶极而产生的分子间相互作用 1 色散作用 色散力 一大段时间内的大体情况 色散力与分子极化率有关 大 色散力大 每一瞬间 2 诱导作用 诱导力 决定诱导作用强弱的因素 极性分子的偶极矩 愈大 诱导作用愈强 非极性分子的极化率 愈大 诱导作用愈强 由于诱导偶极而产生的分子间相互作用 分子离得较远 分子靠近时 两个极性分子相互靠近时 由于同极相斥 异极相吸 分子发生转动 并按异极相邻状态取向 分子进一步相互靠近 3 取向作用 取向力 两个固有偶极间存在的同极相斥 异极相吸的定向作用称为取向作用 分子离得较远 取向 诱导 思考 1 取向作用的大小取决于什么因素 2 极性分子之间除了有取向作用以外 还有什么作用 分子间力的特点 分子量 色散作用 范德华力 沸点熔点 水中溶解度 决定物质的熔 沸点 气化热 熔化热 蒸气压 溶解度及表面张力等物理性质的重要因素 范德华力的意义 6 5 3氢键 HFHClHBrHI 沸点 0C 85 0 66 7 35 4 19 9 HF为何反常的高 原因 存在氢键 HF分子中 共用电子对强烈偏向电负性大的F原子一侧 在几乎裸露的H原子核与另一个HF分子中F原子的某一孤对电子之间产生的吸引作用称为氢键 氢键 氢键的形成条件 分子中有H和电负性大 半径小且有孤对电子的元素 F O N 形成氢键 氢键的强度 如H2O氢键键能为18 83kJ mol 1 O H键能为463kJ mol 1 氢键的特点 分子内的氢键 如 氢键形成对物质性质的影响 分子间的氢键存在使熔 沸点升高 如HF H2O NH3 分子内的氢键存在使熔 沸点降低 如 氢键形成对物质性质的